Desarrollo de un sistema de monitoreo y automatización de bajo costo para un sistema de riego casero

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dc.contributor.advisorChío Cho, Nayibe
dc.contributor.advisorArdila Gómez, Sergio Andrés
dc.contributor.apolounabChío Cho, Nayibe [nayibe-chío-cho]spa
dc.contributor.apolounabArdila Gómez, Sergio Andrés [sergio-andres-ardila-gomez-2]spa
dc.contributor.authorEljach Rey, Andrés Camilo
dc.contributor.authorSuárez Durán, Javier Leonel
dc.contributor.cvlacEljach Rey, Andres Camilo [MI2971492024101911]spa
dc.contributor.cvlacChío Cho, Nayibe [0000375918]spa
dc.contributor.cvlacArdila Gómez, Sergio Andrés [0000010754]spa
dc.contributor.googlescholarChío Cho, Nayibe [mModWy8AAAAJ]spa
dc.contributor.linkedinEljach Rey, Andres Camilo [96a74028a]spa
dc.contributor.linkedinChío Cho, Nayibe [nayibe-chio-cho-41a17724]spa
dc.contributor.orcidChío Cho, Nayibe [0000-0002-9459-4350]spa
dc.contributor.orcidArdila Gómez, Sergio Andrés [0000-0002-2115-1225]spa
dc.contributor.researchgateChío Cho, Nayibe [Nayibe_Chio]spa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialFloridablanca (Santander, Colombia)spa
dc.coverage.temporal2023-2024spa
dc.date.accessioned2024-10-21T13:41:19Z
dc.date.available2024-10-21T13:41:19Z
dc.date.issued2024-09-19
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.description.abstractLa gran mayoría de actividades agrícolas que se llevan a cabo en Colombia son de accionamiento manual, este es intrínsecamente poco eficiente debido a las propiedades físicas del agua, ya que se generan pérdidas por evaporación, filtraciones, manejo impreciso de los instrumentos de riego, etc. además que la oferta en soluciones de riego automatizado son escasas y poco apropiadas para ambientes caseros. El objetivo de este proyecto es asegurar un uso más eficiente de este mediante la implementación de las últimas tecnologías referentes a la industria 4.0 con un enfoque particular en el bajo costo, de uso libre enfocándose en la superación de limitaciones del hardware mediante desarrollos en el software, permitiendo así un riego automático programable, visualización remota del estado del sistema de riego y trazabilidad en la nube para la depuración de comportamientos de riego indeseables en ambientes caseros.spa
dc.description.abstractenglishA great majority of agricultural activities carried out in Colombia are of a manual nature, this is intrinsically inefficient given the properties of water, thus losses of this important resource are produced through evaporation, leaks, imprecise use of irrigation tools, among others. Additionally, the market lacks price-conscious solutions for small irrigation needs such as vegetable gardens and greenhouses found in homes. The purpose of this project is not only to utilize this natural resource creating an automation of the manual labor from an already existing rainwater collector, but to ensure a more efficient use of it employing the latest technologies referring to Industry 4.0 with a focus on low-cost, open source and free of restrictions based on subscriptions or use of other proprietary elements, with a particular focus on overcoming hardware limitations with conscious software development, thus allowing a customizable automatic irrigation system, a real-time monitoring system and data-logging capabilities on the cloud to debug undesirable irrigation behaviors particularly in household applications.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.tableofcontents1. Descripción breve del problema..............................................................................................14 2. Objetivos....................................................................................................................................14 2.1. Objetivo general.................................................................................................................14 2.2. Objetivos específicos..........................................................................................................14 3. Estado del arte ..........................................................................................................................15 4. Marco teórico ............................................................................................................................19 4.1. Sistemas de recolección de agua lluvia.............................................................................19 4.2. Sistemas de riego................................................................................................................19 4.3. Clasificación de sistemas de riego ....................................................................................20 4.3.1. Riego por Regadera. ...................................................................................................20 4.3.2. Riego por Goteo...........................................................................................................20 4.3.3. Riego por Aspersión. ...................................................................................................21 4.3.4. Variables importantes en los sistemas de riego y su cuantificación........................21 4.4. Microcontroladores en la automatización de riego ........................................................21 4.5. Node-RED...........................................................................................................................22 4.5.1. Programación en Node-RED......................................................................................23 4.5.2. Paletas/funcionalidad agregada. ................................................................................25 4.6. Ecuación Swamee-Jain......................................................................................................26 4.6.1. Volumen de un cilindro...............................................................................................27 4.6.2. Presión hidrostática. ...................................................................................................27 4.7. Conteo de pixeles................................................................................................................28 5. Metodología y consideraciones................................................................................................28 5.1. Metodología empleada.......................................................................................................28 5.2. Especificaciones técnicas y requisitos del cliente ............................................................29 6. Cronograma de actividades.....................................................................................................30 7. Diseño del sistema de riego ......................................................................................................32 7.1. Boceto inicial ......................................................................................................................32 7.2. Diagrama electrónico final................................................................................................33 7.2.1. Etapa de control. .........................................................................................................33 7.2.2. Etapa intermedia.........................................................................................................34 7.2.3. Etapa de Potencia........................................................................................................34 7.3. Diseño físico........................................................................................................................34 7.3.1. Análisis de requisitos...................................................................................................36 7.3.2. Diseño del sistema. ......................................................................................................36 7.3.3. Modelo CAD. ...............................................................................................................39 7.3.4. Lista de componentes..................................................................................................41 8. Selección de la instrumentación ..............................................................................................42 8.1. Selección de Microcontrolador .........................................................................................43 8.2. Selección de higrómetro ....................................................................................................43 8.2.1. Tabla de Selección de Higrómetro. ............................................................................44 8.3. Selección de sensor de nivel ..............................................................................................44 8.3.1. Tabla de selección sensor de nivel..............................................................................45 8.4. Selección de electroválvula................................................................................................45 8.4.1. Tabla de selección de electroválvula. .........................................................................46 8.5. Selección de flujómetro .....................................................................................................47 8.5.1. Tabla de Selección de flujómetro. ..............................................................................48 8.6. Selección de relé .................................................................................................................48 8.7. Tabla final de Instrumentación.........................................................................................49 8.8. Tabla de totalización de energía .......................................................................................50 9. Construcción y puesta en marcha del sistema de riego y monitoreo ...................................50 9.1. Construcción física.............................................................................................................50 9.2. Programación del riego .....................................................................................................53 9.2.1. Alimentación de la etapa de control. .........................................................................54 9.2.2. Lectura de los sensores. ..............................................................................................54 9.2.3. Mediciones indirectas. ................................................................................................55 9.2.3.1. Medición indirecta de Volumen...........................................................................55 9.2.3.2. Medición indirecta de Presión.............................................................................58 9.2.4. Lógica de riego por higrómetro. ................................................................................58 9.2.4.1. Sistema de Seguridad. ..........................................................................................60 9.2.5. Lógica de riego temporizado......................................................................................61 9.2.6. Impresión de las variables..........................................................................................61 9.2.7. Simulación de los modelos lógicos. ............................................................................62 9.3. Programación de visualización y trazabilidad ................................................................62 9.3.1. Entrada de datos. ........................................................................................................63 9.3.2. Conversión a JSON.....................................................................................................64 9.3.3. Conversión a string. ....................................................................................................65 9.3.4. Reconocimiento individual de valores.......................................................................66 9.3.5. Acondicionamiento de datos.......................................................................................67 9.3.6. Despliegue y visualización. .........................................................................................67 9.3.6.1. Despliegue..............................................................................................................67 9.3.6.2. Visualización. ........................................................................................................69 9.3.7. Flujo completo. ............................................................................................................73 10. Protocolo de Pruebas y resultados........................................................................................74 10.1. Resultados de la Simulación ..........................................................................................74 10.1.1. Simulación del Sistema de Riego. ............................................................................74 10.1.2. Resultados de la simulación de presión...................................................................77 10.2. Pruebas .............................................................................................................................79 10.2.1. Funcionamiento de Higrómetros. ............................................................................79 10.2.2. Funcionamiento de sensor de flujo. .........................................................................82 10.2.2.1. Primer riego ........................................................................................................83 10.2.2.2. Segundo Riego.....................................................................................................83 10.2.2.3. Tercer Riego. .......................................................................................................84 10.2.3. Funcionamiento de sensor de distancia...................................................................85 10.3. Validación del registro y lógica de riego ........................................................................86 11. Ajustes del sistema y puesta a punto.....................................................................................90 11.1. Puesta a punto del código de Arduino............................................................................90 11.2. Puesta a punto del flujo en Node-RED ..........................................................................90 11.3. Puesta a punto del sistema de riego................................................................................90 12. Conclusiones............................................................................................................................91 13. Recomendaciones y trabajo futuro .......................................................................................93 14. Bibliografía..............................................................................................................................94 15. Anexos......................................................................................................................................96spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/27022
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
dc.publisher.programidIMK-1789
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dc.relation.uriapolohttps://apolo.unab.edu.co/en/persons/nayibe-ch%C3%ADo-chospa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subject.keywordsIndustry 4.0spa
dc.subject.keywordsSoftwarespa
dc.subject.keywordsHardwarespa
dc.subject.keywordsData-loggingspa
dc.subject.keywordsReal-time monitoringspa
dc.subject.keywordsMechatronicspa
dc.subject.keywordsAutomatic controlspa
dc.subject.keywordsWater supplyspa
dc.subject.keywordsIndustrial process controlspa
dc.subject.keywordsAutomationspa
dc.subject.keywordsMicroirrigationspa
dc.subject.lembMecatrónicaspa
dc.subject.lembControl automáticospa
dc.subject.lembAbastecimiento de aguaspa
dc.subject.lembControl de procesos industrialesspa
dc.subject.lembAutomatizaciónspa
dc.subject.lembMicroirrigaciónspa
dc.subject.proposalIndustria 4.0spa
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dc.subject.proposalMonitoreo en tiempo realspa
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